文档介绍：河南大学
硕士学位论文
基于原子力显微镜机械刻蚀构筑纳米结构和纳米图案
姓名:吴国运
申请学位级别:硕士
专业:凝聚态物理学
指导教师:蒋晓红
2011-06
摘要
摘要
扫描探针显微镜(SPM)是近年来发展起来的一种重要的表面分析工具,由于其分
辨率高、操作简单、可以在真空、大气、液态环境下工作等优点,目前已经广泛的成为
纳米尺度的观测和加工的必不可缺的重要工具。其中,作为扫描探针显微镜家族中的一
种原子力显微镜由于可以在大气及液态环境下对各种材料进行形貌观测、物理性质的测
量和纳米操纵及加工,已经被广泛的用于纳米科技领域的研究。
基于 AFM 机械刻蚀加工具有加工精度高、加工材料广泛并同时能对加工内容进行
检测等优点,深入研究基于原子力显微镜的刻蚀加工过程和相关技术,将具有更重要的
理论意义和使用价值。直接关系到 AFM 机械刻蚀效果的影响因素有很多。因此,研究
机械加工中所使用针尖的形状、刻蚀过程中探针施加作用力的大小、探针刻蚀移动的速
度、循环刻蚀的次数等对刻蚀效果的影响将很有必要。本文通过 AFM 机械刻蚀金属、
绝缘体和半导体材料研究了刻蚀过程中影响刻蚀加工效果的主要参数,进一步选择合适
参数加工出规则的纳米结构和纳米图案。主要具体的进行了以下几个方面的研究工作:
首先,利用类金刚石(DLC)薄膜包覆的探针机械刻蚀铂薄膜和云母表面,探索影
响刻蚀效果探针施加的力参数、速度参数、循环刻蚀参数之间的关系,选择合适的参数
精确可控的加工出纳米尺度的图案。
其次,探索研究了 DLC 探针刻蚀硅表面的潜在应用,探索主要影响刻蚀的因素(刻
蚀方向、探针施加的力、刻蚀速度、循环刻蚀次数),发现随着探针施加的力的增加,
刻蚀的深度出现饱和现象,并进一步用该探针选择合适的参数在 Si 表面精确可控的加
工出复杂的纳米线性阵列结构和纳米方形及点状图案。
最后,利用原子力显微镜机械刻蚀聚合物阻挡层(PMMA),然后沉积一层金属薄
膜,去除阻挡层得到金属纳米点阵,通过测量纳米点阵的导电特性,发现具有明显的整
流特性,推测金属纳米点阵在空气中发生了氧化,与金属铂接触形成了背对背的肖特基
结。
关键词:AFM 机械刻蚀,DLC 探针,纳米图案,电学性质

I
ABSTRACT
ABSTRACT
Scanning probe microscopy (SPM) is one of the important tools for superficial analysis in recent years,
which has been widely employed monitoring the surface and manipulation in nanotechnology field because
its high resolution and ability of working in vacuum,atmospheric and liquid environment. As one of the
most important tool in the scanning probe microscope, the atomic force microscope may carry out the
morphology observation, the physical property survey and the nanometer operation in the atmosphere and
the liquid environment for any materials, which has already widely used in the nanotechnology research.
Based on the AFM mechanical lithography possesses many excellent features, such as a high
machining precision, processing a widespread material and detecting the machining material. So the further
investigations of AFM lithography may have a more important theoretical significance and values. There
are many factors that affect the AFM mechanical